ПОЛИМЕРНАЯ ЛИТЬЕВАЯ КОНСТРУКЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2008 года по МПК C08L23/12 C08L23/06 C08L23/16 C08K7/14 C08K9/06 

Изобретение относится к конструкционным композициям на основе наполненных стекловолокном полиолефинов и может быть использовано для изготовления конструкционных изделий: в автомобилестроении (например, бамперы, крыльчатки вентиляторов), строительстве железных дорог (например, дюбели для крепления шпал), в мебельной промышленности (например, крестовины офисных кресел).

В настоящее время не решена проблема создания конструкционных материалов на основе полипропилена, обладающих одновременно высокой ударной вязкостью с сохранением жесткости и твердости. Эти требования предъявляются к изделиям конструкционного назначения на основе полипропилена.

Известна композиция США 3256367 260-897, 1966, содержащая полипропилен, полиэтилен, этиленпропиленовый сополимер. Композиция обладает недостаточной ударной прочностью.

Известна композиция РФ 1317002, С08L 23/02, 1987 г., на основе полиолефина, аппретированного органосиланом стекловолокна или его смеси с силикатным наполнителем, бисмалеимида, органосилана и силоксанового каучука. Эта композиция имеет также недостаточную ударную вязкость.

Известна полимерная композиция СССР 749862, C08L 23/12, 1980, содержащая полипропилен, полиэтилен, силоксановый каучук, стабилизатор и наполнитель (асбест, тальк, стекловолокно и др.), которая обладает высокой ударной вязкостью как при высоких, так и при низких температурах, но недостаточными жесткостью и твердостью. При использовании силоксановых каучуков увеличивается ударная вязкость материала, но вместе с этим теряется необходимая для конструкционных материалов жесткость и твердость.

Прототипом заявляемого технического решения является заявка Японии №61-072039, С08L 23/12, 1989.

Заявлена полипропиленовая композиция, содержащая:

полипропилен40-87 об.%(36,8-80,0 мас.ч.)эластомер10-40 об.%(8,6-34,8 мас.ч.)полиэтилен1-20 об.%(0,9-19,3 мас.ч.)волокнистый наполнитель3-20 об.%(7,5-59,0 мас.ч.)

Волокнистый наполнитель имеет волокна с характеристическим отношением 20-60 и диаметром волокон 0,1-2 мкм.

В качестве полипропилена используют традиционный полипропилен, например, гомополимер пропилена, сополимер пропилена и α-олефинов и др.

В качестве эластомеров используют стирольные и олефиновые эластомеры, наиболее предпочтительными являются бутадиенстирольный каучук и этиленпропиленовый каучук.

В качестве наполнителя используют оксисульфат магния, волокна титаната калия, стекловолокно, волокна силиката кальция, керамические волокна из оксида алюминия и диоксида кремния с обязательным условием соблюдения заявленных пределов диаметра волокон и характеристического отношения - длина волокна к диаметру.

Используемый полиэтилен должен иметь показатель текучести расплава от 0,1-20 г/10 мин и плотность 0,900-0,965 г/см³.

В состав композиции могут быть включены антиоксиданты, защитные вещества, антистатики смазки и другие добавки.

Основными недостатками данной композиции являются низкие теплостойкость, ударная вязкость и модуль упругости при изгибе.

Задача настоящего изобретения - создание на основе полипропилена композиции, обладающей комплексом свойств - высокие ударная вязкость при положительных и отрицательных температурах, модуль упругости при изгибе, а также твердость, позволяющие использовать его в высоконагруженных конструкционных деталях, подвергающихся динамическим нагрузкам, при сохранении хороших эстетических свойств.

Поставленная задача решается за счет разработки новой конструкционной композиции, содержащей, (мас.ч.): 50-80 полипропилена, 2-5 эластомера, 2-6 полиэтилена, 15-50 стекловолокна, аппретированного органосиланом, с диаметром волокна 8-13 мкм, характеристическим отношением 25-35 и дополнительно 0,5-5,0 порошкообразного неорганического наполнителя.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в разработке нового конструкционного материала на основе известных компонентов при их новом качественном и количественном соотношении, обеспечивающем неочевидный комплекс свойств: сочетание высокой ударной вязкости с высокими значениями жесткости и твердости.

В качестве полипропилена используют первичный или вторичный полипропилен или их смесь.

В качестве полиэтилена используют первичный или вторичный полиэтилен с показателем текучести расплава 2-10 г/10 мин и плотностью 0,92-0,96 г/см³ или их смесь.

В качестве эластомеров используют олефиновые эластомеры, в частности этиленпропиленовые каучуки.

В качестве порошкообразного неорганического наполнителя используют каолин, тальк.

В качестве стекловолокна используют аппретированное органосиланом стекловолокно с диаметром волокон 8-13 мкм и характеристическим отношением 25-35.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1.

Готовится сухая смесь из 65 мас.ч. полипропилена, 4 мас.ч. полиэтилена высокой плотности, 1 мас.ч. талька, 4 мас.ч. этиленпропиленового каучука. Смесь непрерывно подается в двухшнековый экструдер, где при температуре 220°С расплавляется. В расплав непрерывно подается стеклоровинг в количестве 26 мас.ч., состоящий из стеклянных волокон ⊘13 мкм, аппретированных 3-амино-пропилтриэтоксисиланом. Смесь гомогенизируется до получения стекловолокон с характеристическим отношением 25-35, в виде стренг поступает в охлаждающую водяную ванну и гранулируется.

Примеры 2-7.

По технологии аналогичны описанной в примере 1. Составы композиций приведены в таблице 1.

В примерах использованы материалы:

1. Полиэтилен в.п.ГОСТ 16338-852. Полиэтилен н.п.ГОСТ 16337-773. ПолипропиленГОСТ 26996-864. Синтетический каучук СКЭП, СКЭПТОЛТУ 2243-002-48696943-995. СтклоровингТУ 5952-05763895-45-956. ТалькГОСТ 19729-74.

Таблица 1.СОСТАВ КОМПОЗИЦИИ ПО ПРИМЕРАМ, мас.ч.№ примераПолипропиленПолиэтиленЭластомерСтекловолокно, аппретированное органосиланомПорошкообразный наполнительвысокой плотностинизкой плотностиСКЭПСКЭПТОЛколичестводиаметр/характеристическое отношениетальккаолин1.654  42613/25-351 2.506 5 3510/25-355 3.80 22 20*8/25-350,5 4.60 (вторичный) 53 3013/25-352 5.70 4   21510/25-35 1,5 (вторичный)(вторичный)       6.30 (первичный)  6 5508/25-35 0,5 30 (вторичный)        7.55 (первичный) 6 4 4513/25-351,5    (вторичный)      8.551530 1513/230--(по прототипу) об.%        - стекловолокно аппретировано эпоксипропилтриэтоксисиланом.Текучесть расплава полиэтилена 2 г/_{10 мин} (примеры 1, 7), 6 г/₁₀мин (примеры 2, 6), 10 г/_{10 мин} (примеры 3, 4, 5).

Таблица 2.СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ ПО ПРИМЕРАМ ТАБЛИЦЫ 1№ примераУдарная вязкость по Изоду, с надрезом при 20°С кДж/мУдарная вязкость по Изоду, с надрезом при 30°С кДж/мМодуль упругости при изгибе кг/см²Твердость по вдавливаемому шарикуТеплостойкость при изгибе σ=1,81 МПа, °СРовность поверхностиВид швов (стыков при литье)Подтеки1.65,545000110140хорхорнет2.65,543000115143хорхорнет3.4,5440000110140хорхорнет4.5,2544000112145хорхорнет5.4,5445000120150хорхорнет6.8,58,22000085135хорхорнет7.7644000120150хорхорнет8.3,1-16800--неудовл.хорнетпо прототипу        

Материалы на основе предлагаемых композиций испытывались по следующим методикам:

1. Модуль упругости при изгибеГОСТ 9550-812. Удельная вязкость по Изоду с надрезомГОСТ 191093. Теплостойкость при изгибеГОСТ 120214. Твердость по Роквеллу (Rk)ГОСТ 4670-91

При использовании полиэтилена и эластомера меньше заявленных количеств не обеспечивается высокая ударная вязкость, в том числе при минусовых температурах, а при выходе за верхний предел не обеспечивается необходимая жесткость.

При введении наполнителя в меньших количествах, чем заявлено, наблюдается снижение жесткости и ударной вязкости, а при введении выше заявленных теряется эластичность, ухудшается перерабатываемость и внешний вид.

Как следует из описания прототипа, изделия из тальконаполненных композиций имеют не глянцевую поверхность, а изделия с использованием стекловолокнистых наполнителей отличаются низкой ударной прочностью и непривлекательным внешним видом (см. табл.2).

В предлагаемом решении использование аппретированного органосиланом стекловолокна диаметром 8-13 мкм с характеристическим отношением 25-35, дополнительным использованием небольшого количества порошкообразного неорганического наполнителя, меньшим количеством используемого каучука и полиэтилена позволило получить материал с комплексом свойств - высокой ударной вязкостью при сохранении жесткости и твердости.

Материал также имеет высокую ударную вязкость при отрицательных температурах. Изделия, полученные из этой композиции, имеют хорошие эстетические свойства: поверхность ровная, швы хорошие, подтеки отсутствуют.

В композицию могут быть введены традиционные целевые добавки: концентраты красителей, смазки, термостабилизаторы и антипирены в общепринятых количествах.

Изобретение относится к конструкционным материалам на основе наполненных стекловолокном полиолефинов и может быть использовано в автомобилестроении, строительстве железных дорог, в мебельной промышленности. Полимерная литьевая конструкционная композиция включает полипропилен, полиэтилен, эластомер, порошкообразный неорганический наполнитель и волокнистый наполнитель, в качестве которого используют стекловолокно, аппретированное органосиланом с диаметром волокон 8-13 мкм и характеристическим отношением 25-35. Технический результат состоит в создании полипропиленовой композиции, обладающей высокими ударной вязкостью как при нормальных, так и при пониженных температурах и модулем упругости при изгибе, а также жесткостью и твердостью при сохранении хороших эстетических свойств. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Полимерная литьевая конструкционная композиция, содержащая полипропилен, эластомер, полиэтилен и волокнистый наполнитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит порошкообразный неорганический наполнитель, а в качестве волокнистого наполнителя используют стекловолокно, аппретированное органосиланом с диаметром волокон 8-13 мкм и характеристическим отношением 25-35 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

полипропилен50-80эластомер2-5полиэтилен2-6стекловолокно, аппретированное органосиланом15-50порошкообразный неорганический наполнитель0,5-5